建筑給水排水系統(tǒng)噪聲分析及控制措施

環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)訊:摘要:噪聲污染是繼大氣污染和水污染后的第三大污染。建筑給水排水系統(tǒng)發(fā)出的噪聲，影響到人們的正常生活，引起了人們的廣泛關(guān)注。本文結(jié)合筆者多年實踐經(jīng)驗，對建筑給水排水系統(tǒng)噪聲的主要聲源進(jìn)行分析，詳細(xì)介紹了建筑給水排水系統(tǒng)噪聲的控制方法。

1 前言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提高，對居住區(qū)周邊的環(huán)境也越來越重視，噪聲污染就是影響環(huán)境的重要來源之一。噪聲污染是繼大氣污染和水污染之后的第三大污染來源，其中建筑內(nèi)部的噪聲最為嚴(yán)重。建筑內(nèi)部噪聲來源分為兩種，一種是常用的家用電器，比如電視、空調(diào)等，另外一種來自建筑給水排水系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲。由于建筑施工、給水管道、排水管道和水泵自身的機(jī)械振動等原因，室內(nèi)的噪聲環(huán)境愈加嚴(yán)重。根據(jù)《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》(GBJ118-88)規(guī)定：夜間臥室噪聲不得超過30db，最高不得超過40db。但給水排水系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響到建筑內(nèi)部和周邊居民的休息質(zhì)量，嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致人們產(chǎn)生神經(jīng)衰弱癥。因此，如何控制建筑給水排水系統(tǒng)噪聲成為了技術(shù)人員急需解決的問題。

2 建筑給水排水系統(tǒng)噪聲分析

2.1 泵房噪聲

(1)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中機(jī)械振動產(chǎn)生的噪聲

由于水泵自身的結(jié)構(gòu)、加工精度、比重、轉(zhuǎn)速、流量和揚(yáng)程及安裝等因素，水泵在運(yùn)行中會發(fā)生激烈的機(jī)械振動，產(chǎn)生金屬撞擊的噪聲。噪聲通過出水管、基座向室內(nèi)傳播。在實際操作中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速越大，機(jī)械振動產(chǎn)生的噪聲越大。

(2)水錘產(chǎn)生的噪聲

水錘是指水泵突然啟動或停止時，以及閥門的突然開啟與關(guān)閉過程中，管道內(nèi)的水流流速發(fā)生劇烈變化從產(chǎn)生一些列的壓力交替變化的一種水擊現(xiàn)象。其中危害及噪聲最大的是停泵水錘，因為在水泵突然停機(jī)時，出水管處的水流由于慣性的作用會通過止回閥繼續(xù)向上運(yùn)動一段距離，使水泵出水口處產(chǎn)生一定的真空度，壓力急劇下降。而由于慣性作用提升那段水柱在重力及壓力兩種力共同作用下加速反向運(yùn)動。但是水泵出水口處設(shè)有止回閥，阻止了水流的倒流。此時反向運(yùn)動的高速水流劇烈地沖擊閥門，產(chǎn)生巨大的水錘噪聲。

水錘的危害巨大，不僅會引起水泵及管道的振動，產(chǎn)生巨大的水錘噪聲，而且會使機(jī)械設(shè)備受損，管道爆裂，供水中斷等嚴(yán)重事故。

2.2 給水管道及相關(guān)附件噪聲

(1)給水管道產(chǎn)生的噪聲

給水管道中是有壓流，而且通常情況下流速較大，因此水流在流動過程中會與管壁和空氣發(fā)生摩擦。另外，水流在經(jīng)過90°彎頭、十字形管、T字形管等管道配件時，水流的流向會發(fā)生改變。根據(jù)動量定理，水流會對管壁沖擊而引起管道的振動。并且壓力越大，流速越大，產(chǎn)生的動量越大，管道振動也越激烈。這些因素都會產(chǎn)生噪聲，并會通過管道及其支架不斷傳播。

另外水流在管網(wǎng)壓力及重力作用下流向洗滌盆等受水器時，水流會撞擊洗滌盆的盆底和邊壁，也會產(chǎn)生一定的噪聲。

(2)水龍頭等給水附件的水錘噪聲

人們在日常生活中，當(dāng)開啟水龍頭或者電控閥時都會聽見嘯叫聲，甚至?xí)小斑?、咔、咔”的聲音。這是由于閥門在突然開啟時的瞬間，水流速度發(fā)生極大變化，使得閥門前后的壓力變化而造成的水錘現(xiàn)象，也叫水擊。水擊使得管道發(fā)生振動，產(chǎn)生噪聲，讓人們感到極不舒服。

(3)氣蝕噪聲

在給水管網(wǎng)中，特別是熱水管道系統(tǒng)，溶解在水流中的空氣會在壓力下降和溫度升高時逐漸釋放出來，并在管道中及頂部不斷積聚，最后會形成氣團(tuán)。氣團(tuán)危害極大，它的形成不僅會降低管道的輸水能力，還會造成局部壓力的沖擊，引起強(qiáng)烈的振動。

(4)液壓進(jìn)水閥關(guān)閉引起的噪聲

在水箱或者水池中，當(dāng)液壓進(jìn)水閥關(guān)閉時，過水?dāng)嗝鏁絹碓叫?，而在進(jìn)水壓力不變的情況下，流速會越來越大。高速的水流會沖擊水閥的閥芯，容易使閥門發(fā)生水擊而震動，產(chǎn)生的噪聲也較為嚴(yán)重。

2.3 衛(wèi)生器具及排水管道的噪聲

(1)衛(wèi)生器具排水噪聲

當(dāng)衛(wèi)生器具在開始排水時，水流與管道摩擦，以及水流撞擊S型、P型存水彎而產(chǎn)生噪聲；當(dāng)器具內(nèi)的水快排盡時，水流會呈漩渦狀，容易形成負(fù)壓，形成抽吸現(xiàn)象，并使得污廢水在流動中摻入空氣，形成氣塞，引起管道振動。氣塞還會使管道內(nèi)壓力變化起伏，造成水封被周期性破壞而發(fā)出噪聲。

(2)排水管道噪聲聲源

污廢水在排水管道中排放時是非滿流。由于水質(zhì)較為復(fù)雜，常常會有固、液、氣三相流動，相比給水而言，排水的流動更為復(fù)雜。

污廢水在排水橫管中的流態(tài)可分為：急流段、水躍及躍后段、逐漸衰減段。其中急流段水流速度大，水深較淺，沖刷管壁較嚴(yán)重。由于水躍的形成，驟然使橫支管內(nèi)某處的水位升高，甚至?xí)錆M整個管道斷面，造成水流中的氣體不能自由流動，使橫管中的壓力突然增加，進(jìn)而引起水封高度的變化，發(fā)出噪聲。

不僅如此，當(dāng)排水橫支管中的水流納入排水立管時，由于水流的突然轉(zhuǎn)彎，會撞擊十字管或者三通、Ｔ字型管等配件。水流的在撞擊流狀態(tài)下，由橫支管進(jìn)入排水立管中，在橫支管和立管連接處在短時間會形成水舌。這種特殊的水力現(xiàn)象會造成水流能量的損失，而使得立管內(nèi)造成一定的負(fù)壓，導(dǎo)致水封極容易破壞，并產(chǎn)生噪聲。

排水立管中水流形態(tài)較為復(fù)雜，常見的排水流態(tài)有：附壁螺旋流、水膜流、氣塞流三種。當(dāng)排水立管中水量較小時，水流經(jīng)管壁摩擦，使得水流沿著管壁周邊做螺旋運(yùn)動，產(chǎn)生較小的噪聲；而隨著流量的增加，螺旋運(yùn)動開始破壞，當(dāng)水流覆蓋管壁時，水流附著于管壁面呈水片下落的狀態(tài)。這是因為管壁的吸附能力大于表面張力，當(dāng)水量繼續(xù)增加時，水流由于管道中空氣的阻力和管壁的摩擦作用而形成水膜流，水膜厚度在下落時不斷變化，引起管道內(nèi)空氣壓力劇烈變化；當(dāng)水量再增加時會產(chǎn)生穩(wěn)定的氣塞流，引起立管內(nèi)的壓力發(fā)生變化，會發(fā)生氣體的撞擊，摩擦，甚至?xí)茐乃舛a(chǎn)生巨大的噪聲。

3 建筑給水排水噪聲的控制

結(jié)合建筑給水排水設(shè)計及實踐中針對噪聲控制的方法和效果，詳細(xì)介紹建筑給水排水噪聲的控制技術(shù)。

3.1 泵房的噪聲控制

目前建筑小區(qū)的泵房大多都設(shè)在地下一層，有的甚至地下兩層，對除底層住戶之外影響不大，但是也要采取相關(guān)的噪聲控制。

(1)在水泵的出水口設(shè)置緩閉止回閥或者消聲止回閥代替普通的止回閥。緩閉止回閥可以減緩管道中水流的變化，從而降低停泵時水錘壓力來降低噪聲。經(jīng)實測使用普通止回閥，水泵停泵后約0.8s會突發(fā)一脈沖音，音值為95db，以后噪聲逐漸衰弱。而使用消聲止回閥，水泵停泵后噪聲從穩(wěn)態(tài)的82db逐漸衰減。

另外可以選用振動慣量大的水泵，以減小水泵的減速過程，減緩水錘壓力的形成?；蛘咴谒玫某鏊谠O(shè)置氣壓水罐，當(dāng)水錘壓力形成時，氣壓水罐中的氣體被壓縮，管道中的水進(jìn)入氣壓水罐中，可以有效的降低水錘壓力從而降低水錘噪聲。

(2)根據(jù)水泵的型號、荷載等資料，在水泵的基座出設(shè)置橡膠隔振墊，并在水泵的吸水管和出水管上設(shè)置可曲撓橡膠接頭。不僅可以減小水泵的機(jī)械振動，還能減少噪聲的傳播。

也可以通過轉(zhuǎn)換橡膠接頭的位置來降低噪聲：如下圖

圖一中，水錘的作用直接在止回閥的閥板上，從而引起伸縮節(jié)的壓縮，然后再反彈產(chǎn)生激烈震動。而圖二中，將止回閥放在橡膠柔性接頭后面，即使停泵時產(chǎn)生水錘，震動強(qiáng)度也會遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圖一。

(3)地下室生活加壓泵房宜避開住宅臥室正下方地下室，屋頂消防穩(wěn)壓設(shè)備不宜布置在需要安靜的房間(如住宅的臥室等)的上下及毗鄰的位置。

此外管道的支架宜采用彈性吊架或者彈性托架，并且在水泵出水管穿墻和樓板處及洞口與管外壁間填充彈性減震材料。

3.2 給水噪聲控制

因為給水水質(zhì)及水壓較穩(wěn)定，所以要從控制水壓、流量、管道的安裝等方面來減小噪聲。

(1)做好建筑豎向分區(qū)，合理分配水壓，控制水流流速，確保入戶前水流的最大凈水壓力不超過0.3MPa，以防止超壓出流。在設(shè)計中，確定流速和管徑一般按表一選取

表一 生活給水管中各種管徑對應(yīng)的合理流速

(2)合理布置給水管道，將管徑不超過25mm的管道全部沿樓板找平層或者沿墻暗敷，有條件的地方將給水立管全部設(shè)置于管道井中，并遠(yuǎn)離休息室。

管道的支架或者吊環(huán)內(nèi)設(shè)置絕緣彈性材料，此外當(dāng)給排水管道穿越樓板和墻體時，應(yīng)有隔聲措施，其孔口與管道間應(yīng)采用玻璃纖維、巖棉等材料填充。以減小噪聲沿管道傳播。

另外嚴(yán)格按規(guī)定設(shè)置管道支架間距，特別是塑料給水管，要盡量縮小間距，以減少管道的振動，在施工中按照下表確定管道支架的間距。

表二 水平塑料管支架的最大間距

(3)在加壓給水立管的頂部設(shè)置自動排氣閥，以減少管道中積聚的氣團(tuán)，使管內(nèi)壓力平衡。在熱水管網(wǎng)系統(tǒng)中，上行下給式在系統(tǒng)配水干管最高點(diǎn)設(shè)排氣裝置，而下行上式可以利用最高配水點(diǎn)排氣。

(4)選用充氣型水嘴。不僅可以節(jié)水，還可以控制水嘴出流的流量，降低流速，從而減小水嘴開啟時的哨叫聲。并且在滿足最大空氣間隙時，應(yīng)盡量減少水嘴至受水器的距離，以及選用弧形器壁的受水器等。筆者在背景噪聲為62.4db時，測得四方形受水器和弧形收水器的噪聲，結(jié)果如下表：

表三 不同形狀受水器的噪聲比較

通過實驗數(shù)據(jù)可知，在相同的背景下，弧形受水器比四方形受水器產(chǎn)生的噪聲要低3.4db。

(5)生活水箱(池)進(jìn)水管浮球閥噪聲應(yīng)采用如下措施進(jìn)行控制：一、進(jìn)水壓力不宜大于0.15MPa；二、出水口加裝短管使之淹沒在開閥水位下500mm或在出水口處安裝消能筒；三、浮球閥與進(jìn)水管保持一定的距離減少液面波動對浮球閥的影響。盡量選用雙隔膜式浮球控制閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的進(jìn)水控制閥，該閥流阻小，無震動，噪聲小。

3.3 排水噪聲控制

由于排水管道中的流態(tài)較為復(fù)雜，筆者主要從排水管道的管材，管道的布置及相關(guān)配件等方面講述控制噪聲的方法

(1)排水管材盡量選用比重大的鑄鐵管或者UPVC螺旋管。關(guān)于各種管材的消聲效果，美國Polysonics Acostical的工程師們做了測試。

英國的工程師在環(huán)境溫度20℃，背景噪聲＜30db；測試參數(shù)為平均Ａ計權(quán)噪聲級，測試結(jié)果如下表。

表四 各式排水管載流噪聲比較

由上表可知內(nèi)壁光滑的UPVC管比壁螺旋管的噪聲高約10db左右。這是由于螺旋管中螺旋突起的導(dǎo)流作用，使得水流在立管內(nèi)形成水膜緊貼在立管壁做螺旋下降運(yùn)動，不僅可以減小水流在立管內(nèi)的流速，而且又使立管內(nèi)氣流通暢，壓力較為問題，產(chǎn)生的噪聲較小。所以在無條件限制的地方優(yōu)先使用UPVC螺旋管。

(2)排水立管布置要遠(yuǎn)離臥室，書房等，并且推廣運(yùn)用同層排水體制。該體制不僅維護(hù)方便，而且有很好的隔聲效果，使得下層用戶很好的避免因為上層用戶給水排水衛(wèi)生器具的使用噪聲帶來的困擾。

(3)保證地漏等存水彎里的水封高度大于50mm，以抵抗管道壓力波動引起的噪聲。在排水立管上，每隔5～6層設(shè)置乙字彎管，能不斷改變立管內(nèi)的水流方向，增加向下流的阻力，可使水流速度下降50％。

(4)在橫支管和立管連接部，設(shè)置偏心三通等，改變連接處的構(gòu)造形式，使得橫支管的水流沿著偏心三通的切線方向進(jìn)入立管，避免了水舌的形成或者減小了水舌的形成面積，從而減少了水流沖擊現(xiàn)象的發(fā)生，降低噪聲。

(5)在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，盡量選用坐式大便器。筆者在背景噪聲為65db下，分別對腳踏蹲式大便器、沖落式座便器及虹吸式座便器的排水噪聲進(jìn)行了測量，結(jié)果如下：

表五 各式大便器的排水噪聲對比

由上述測量數(shù)據(jù)可知，虹吸式座便器的噪聲最小，所以在經(jīng)濟(jì)允許的情況下優(yōu)先選取虹吸式座便器。

4 結(jié)語

從給排水系統(tǒng)的噪聲分析來看，要完全消除噪聲是不太可能的，但可以通過一些有效的措施還是能控制噪聲，減少影響。主要措施有：水泵選用緩止回閥及安裝相關(guān)橡膠隔振墊，做好給水系統(tǒng)的豎向分區(qū)，避免超壓出流，根據(jù)業(yè)主要求，盡量選用帶有柔性接口機(jī)制的排水鑄鐵管及UPVC螺旋管，同時合理安裝給水排水管道，最大限度降低噪聲，為居民提供一個舒適的環(huán)境。